Odkrycie kilonowej podważa nasze rozumienie rozbłysków gamma
Naukowcy badają następstwa rozbłysków gamma i odkrywają zaskakujące dowody na istnienie zderzających się gwiazd neutronowych.
Wizja artystyczna zderzających się gwiazd neutronowych, z których powstaje kilonowa. Źródło: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine.
Badając następstwa długiego rozbłysku promieniowania gamma (GRB), dwa niezależne zespoły astronomów korzystających z wielu teleskopów na Ziemi i w kosmosie odkryły niespodziewanie cechy kilonowej, kolosalnej eksplozji wywołanej przez zderzające się gwiazdy neutronowe. Odkrycie to podważa dominującą teorię, że długie GRB pochodzą wyłącznie od supernowych, czyli eksplozji kończących żywot masywnych gwiazd.
Rozbłyski gamma – najbardziej energetyczne eksplozje we Wszechświecie – występują w dwóch odmianach, długie i krótkie. Długie GRB, które trwają od kilku sekund do jednej minuty, powstają, gdy gwiazda o masie co najmniej 10 razy większej od masy Słońca wybucha jako supernowa. Krótkie GRB, które trwają krócej niż dwie sekundy, powstają, gdy dwa zwarte obiekty, takie jak dwie gwiazdy neutronowe, albo gwiazda neutronowa i czarna dziura, zderzają się, tworząc kilonową.
Podczas obserwacji następstw długiego GRB wykrytego w 2021 roku, dwa niezależne zespoły astronomów znalazły zaskakujące oznaki fuzji gwiazd neutronowych zamiast oczekiwanego sygnału supernowej. Ten zaskakujący wynik oznacza, że po raz pierwszy kilonowa została powiązana z długim GRB i rzuca wyzwanie naszemu zrozumieniu tych fenomenalnie potężnych wybuchów.
Pierwszym zespołem, który ogłosił to odkrycie, był ten pod kierownictwem Jillian Rastinejad, doktorantki z Northwestern University. Rastinejad i jej koledzy dokonali tego zaskakującego odkrycia za pomocą Gemini North. Obserwacje ujawniły charakterystyczną poświatę w bliskiej podczerwieni w dokładnym miejscu GRB, dostarczając pierwszych przekonujących dowodów na istnienie kilonowej związanej z tym zdarzeniem. Zespół Rastinejad natychmiast zgłosił swoje odkrycie w biuletynie Gamma-ray Coordinates Network (GCN). Teraz praca zespołu czeka na publikację w czasopiśmie Nature.
Astronomowie z całego świata zostali po raz pierwszy powiadomieni o tym rozbłysku, nazwanym GRB 211211A, gdy potężny błysk promieniowania gamma został odebrany przez obserwatorium Neil Gehrels Swift Observatory i Fermi Gamma-ray Space Telescope. Wstępne obserwacje wykazały, że GRB miał miejsce niezwykle blisko, zaledwie miliard lat świetlnych od Ziemi.
Większość GRB pochodzi z odległego, wczesnego Wszechświata. Zazwyczaj obiekty te są tak stare i odległe, że ich światło musiałoby przebyć ponad sześć miliardów lat, aby dotrzeć do Ziemi. Światło z najbardziej odległego GRB, jakie kiedykolwiek zarejestrowano, podróżowało prawie 13 miliardów lat, zanim zostało wykryte tutaj na Ziemi. Względna bliskość nowo odkrytego GRB umożliwiła astronomom przeprowadzenie niezwykle szczegółowych badań przy pomocy różnych teleskopów naziemnych i kosmicznych.
Astronomowie zwykle badają krótkie GRB podczas polowania na kilonowe – powiedziała Rastinejad. Przyciągnął nas ten wybuch o dłuższym czasie trwania, ponieważ był tak blisko, że mogliśmy go szczegółowo zbadać. Jego promienie gamma przypominały również te z poprzedniego tajemniczego, pozbawionego supernowej długiego GRB.
Unikalną cechą obserwacyjną kilonowych jest ich jasność w bliskiej podczerwieni w porównaniu do jasności w świetle widzialnym. Ta różnica jasności spowodowana jest ciężkimi pierwiastkami wyrzucanymi przez kilonowe, które skutecznie blokują światło widzialne, ale pozwalają na swobodne przejście światła podczerwonego o większej długości fali. Obserwacje w bliskiej podczerwieni są jednak technicznym wyzwaniem i tylko kilka teleskopów na Ziemi jest wystarczająco czułych, by wykryć kilonową na tych długościach fal.
Inny zespół, kierowany przez Eleonorę Troję, astronom z University of Rome Tor Vergata, niezależnie zbadał poświatę, używając innej serii obserwacji i niezależnie doszedł do wniosku, że długi GRB pochodził z kilonowej.
Byliśmy w stanie zaobserwować to wydarzenie tylko dlatego, że było tak blisko nas – powiedziała Troja. Bardzo rzadko obserwujemy tak potężne eksplozje na naszym kosmicznym podwórku, a za każdym razem dowiadujemy się o najbardziej ekstremalnych obiektach we Wszechświecie.
Fakt, że dwa różne zespoły naukowców pracujących z niezależnym zestawem danych doszły do tego samego wniosku o kilonowej naturze tego GRB, daje pewność tej interpretacji.
Praca drugiego zespołu oczekują na publikację w czasopiśmie Nature.
Odkrycie to nie tylko przyczynia się do naszego zrozumienia kilonowych i GRB, ale także daje astronom nowy sposób na badania powstawania złota i innych ciężkich pierwiastków we Wszechświecie. Ekstremalne warunki fizyczne panujące w kilonowych powodują powstanie ciężkich pierwiastków, takich jak złoto, platyna i tor. Astronomowie mogą teraz zidentyfikować miejsca, w których powstają ciężkie pierwiastki poprzez poszukiwanie sygnatury kilonowej po długotrwałym wybuchu promieniowania gamma.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
